Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Мучник, В. М. Физика грозы

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
15.15 Mб
Скачать

Из табл. 54 видно, что при одном и том же направлении поля знак и величина зарядов зависят от угла соударения между кап­ лями и шаром. Из того, что в положительном поле (опыты 1, 2, 3) шар при краевых соударениях с каплями получает положитель­ ные заряды, следует, что капли скользят по поверхности шара и отрываются в его верхней половине. При центральных соударениях (опыты 1, 2, 3) шар получает отрицательные заряды, так что капли в основном отражаются от его нижней половины. Если направле­ ние поля меняется на обратное (опыт 4), то обнаруживается соот­ ветствующая перемена знаков зарядов. С увеличением скорости соударения шара с каплями под углами 90, 15 и 0° происходит про­ порциональное увеличение зарядов.

Левин [395а] выполнил исследование электризации капель дождя при соударении с металлическим шаром диаметром 2,5 см в электрическом поле напряженностью от нуля до 7,9- ІО3 В/м. Он получил, что в общем с увеличением напряженности поля заряд шара растет.

3.2.4. Электризация при таянии градин в электрическом поле

При рассмотрении электризации при таянии градины было по­ казано, что этот процесс обусловливается разрушением пузырьков воздуха, вырывающихся из поверхности градины при таянии льда. Если такой процесс будет происходить в электрическом поле, не­ обходимо ожидать значительного видоизменения основного эффекта электризации. Представим себе пузырек воздуха, который выры­ вается из поверхности ледяной сферы, покрытой водой, в направ­ лении электрического поля. Можно считать, что к моменту разру­ шения пузырек образует на поверхности воды выпуклость примерно того же диаметра, что и сам пузырек. Поэтому наименьший заряд, который унесет с собой лопнувшая пленка пузырька радиусом г с поверхности градины радиусом R (R^>r), будет равен [99]

 

<7=1,645 • 4та0£ 0г2.

(91)

Пусть из

поверхности градины, находящейся в

поле с Е0 =

= 5- ІО4 В/м,

вырывается пузырек воздуха радиусом

ІО-4 м. Тогда

q = 9 • 10-14 Кл, т. е. заряд имеет тот же порядок величины, который получали в специальных условиях эксперимента без электрического поля Динджер [279] и Мак-Криди и Праудфит [406]. Если же про­ изойдет вырывание большого пузырька, допустим, с r = 5 -10-4 м, то заряд окажется весьма большим: 2,2- ІО-12 Кл. Проведенные вы­ числения касались только случая, когда пузырьки лопались на «по­ люсах» градины. Если же пузырьки будут вырываться из поверх­ ности градин под некоторыми углами к направлению поля, то ин­ дуцированные заряды будут соответственно меньше, а на «экваторе» равны нулю. При разрывании пленки пузырьков образуются весьма маленькие капельки, в том числе размеров тяжелых ионов. Следо­ вательно, при таянии градин в электрическом поле в атмосферу

237

будут поступать в большом количестве сильно заряженные мель­ чайшие водяные капельки.

Вырывание пузырьков из поверхности тающей градины вряд ли является симметричным процессом. Это обусловлено тем, что при таянии в градине возникает конвекция, которая будет переносить пузырьки в верхнюю часть падающей градины. Так как можно ожидать, что в падающей градине большая часть пузырьков будет вырываться из поверхности ее верхней половины, то знак заряда градины в поле нормального направления должен быть положи­ тельным. Необходимо отметить, что данные предположения еще не проверены экспериментально.

При таянии крупной градины с ее верхней части будут сры­ ваться крупные капли. Исследования В. М. Мучника [119] и Блаишара [235] показали, что вода накапливается в виде ободка, кото­ рый при достижении некоторой толщины срывается в виде капель. Иногда срывающиеся капли разрушаются. Такой процесс в элект­ рическом поле должен привести к электризации градин и капель, что было обнаружено Мучником [119]. В дальнейшем этот меха­ низм электризации был исследован Мучником [128] несколько под­ робнее. В вертикальном потоке шириной 4—5 см подвешивалась на изолированной нити ледяная сфера или бесформенный кусок льда. Из-за малой ширины струн образцы льда довольно сильно раскачивались, пересекая ее при каждом колебании. Это вносило определенное своеобразие в условия опыта, которого нельзя ожи­ дать в естественных условиях. Радиусы ледяных сфер и кусков льда составляли несколько сантиметров. Опыт продолжался до тех пор, пока в результате таяния от начального куска льда оставалась примерно половина. Чаще всего с поверхности куска льда срыва­ лась одна крупная капля (диаметром 4—5 мм) и ряд более мелких капелек. Были измерены заряды 991 капли, из которых 431 имела

Т а б л и ц а 55

Зависимость электризации при срывании капель с тающих кусков льда от напряженности электрического поля. По В. М. Мучнику [128]

Напряжен­

Количество

Абсолютный

Максимальный

 

ность

средний

заряд капли,

Модель градины

капель

заряд капли,

поля, ІО4 В/м

10-ю Кл

 

 

10-ю Кл

 

2,6

41

0,56

1,82

Шар

3,7

138

0,79

3,33

Кусок льда

3,9

238

1,06

3,14

»»

4,0

63

1 99

4,30

Шар

4,1

119

1,06

2,48

Кусок льда

4,1

47

1,16

2,48

 

4,3

145

1,60

3,96

 

4,5

98

1,00

2,80

 

5,5

102

1,65

6,10

Шар

238

положительные заряды, а 560 — отрицательные в поле положитель­ ного направления. Появление зарядов того или иного знака вслед­ ствие раскачивания градины на нити было случайным. Но так как в каждом опыте с тающего куска льда срывалось от 40 до 240 ка­ пель, средние абсолютные значения зарядов должны обнаружить существование зависимости электризации капель от напряженности электрического поля (табл. 55).

Из табл. 55 видно, что с увеличением напряженности поля рас­ тут как средние, так и максимальные заряды. При этом не обна­ руживаются какие-либо заметные различия между данными для шаров и кусков льда. При таянии градины в поле напряженностью 5 -104 В/м образуется удельный заряд не менее 1,6-ІО-6 Кл/кг.

3.2.5. Электризация при разрушении капель в электрическом поле

Эльстер и Гейтель [290] первыми обратили внимание на возмож­ ное влияние разрушения капель в электрическом поле на образова­ ние зарядов в грозовых облаках. Они считали, что при разрушении больших капель в электрическом поле должно происходить разде­ ление зарядов, образующихся на каплях благодаря поляризации: на маленьких капельках возникают заряды одного знака, а на бо­ лее крупных каплях — заряды противоположного знака. Эти пред­ ставления подверг критике Симпсон [519]. Он указал, что, согласно опытам Ленарда [392], при разрушении крупных капель все фраг­ менты разлетаются радиально, симметрично по отношению к капле. Поэтому как крупные, так и мелкие капельки в вертикальном электрическом поле имеют одинаковую вероятность получить за­ ряды того или иного знака, и никакое макроразделение зарядов

вгравитационном поле не должно иметь места. Это ошибочное мнение не подвергалось пересмотру до 1945 г., пока В. М. Мучник

вряде предварительных качественных опытов 1 не получил, что при разрушении крупных капель в электрическом поле на крупных фрагментах образуются заряды в основном одного знака, а на во­ дяной пыли — заряды другого знака, что обусловливает их разде­

ление в гравитационном поле Земли.

В конце 40-х и в 50-х годах ряд исследователей обратил внима­ ние на возможное влияние разрушения крупных капель в электри­ ческом поле на процессы образования зарядов в грозовых облаках. В. С. Комельков [86] указал: «Возникающие в начальной стадии грозообразования положительно электризованные облачные массы влияют на дальнейшие процессы, создавая аномальное поле, в ко­ тором осуществляется разбрызгивание. Капли воды падают в зону

разбрызгивания уже

будучи

поляризованными, что

придает

бал­

лоэлектрическим

явлениям

новые особенности».

Укажем

еще,

что Мейсон [428]

в

1953 г.,

не будучи, по-видимому, знакомым

1 Эти опыты были выполнены в Институте физики Академии наук Украин­ ской ССР благодаря любезному содействию его директора А. И. Лейпунского.

239

с исследованиями В. М. Мучника в этом направлении, считал, что отсутствуют исследования по электризации при разрушении ка­ пель в электрическом поле.

В. М. Мучник [119, 123, 124] исследовал электризацию при раз­ рушении капель в вертикальной струе воздуха в электрическом поле. При разрушении крупной капли большие фрагменты падали вниз, а мельчайшие капельки и, по-видимому, легкие и тяжелые ионы уносились струей, т. е. происходило разделение индуцирован­ ных на капле зарядов. На рис. 66 приведены данные о зависимости заряда при разрушениях капель диаметром 5,8 мм от напряжен­ ности поля (капли из питьевой воды). В большинстве случаев раз­ рушения происходили весьма интенсивно. Всего было выполнено пять серий опытов со средним количеством капель 80—90 в каждой из них. Как видно из рисунка, существует прямо пропорциональная

 

 

 

Рис. 66. Зависимость образования

 

 

 

зарядов при спонтанном разруше­

 

 

 

нии капель воды от напряженно­

 

 

 

сти электрического

поля. По

о

 

 

В. М. Мучнику

[123].

2

3 4

5 6 Ео./О’З/м

 

 

 

зависимость

между

зарядом и напряженностью поля

в согласии

с (79). Изменение направления поля приводило к соответствую­ щему изменению знака заряда, образующегося при разрушении ка­ пель. При нормальном направлении поля крупные фрагменты ка­ пель получали положительные заряды.

При сильном, грибообразном разрушении капель заряды оказы­ ваются значительно большими, чем при их слабом, гантелеобраз­ ном разрушении, как следует из данных Мучника [119]. При одина­ ковой напряженности поля средний заряд при сильном разрушении капель оказался почти в 5 раз больше, чем при слабом разруше­ нии. Из этих опытов следует, что разрушение капель является не однородным процессом и степень раздробления капель при одном II том же типе разрушения, например грибообразном, может быть весьма различной.

По рис. 66 можно определить, что при интенсивном, как пра­ вило, грибообразном разрушении капли радиусом 2,9 мм в поле напряженностью 5- 104 В/м образуется заряд q, в среднем равный 6 - 10-10 Кл. На основании (79) для той же напряженности поля и того же радиуса капли находим <7= 0,23- 10-10 Кл. Следовательно, в этом случае заряд, образующийся в электрическом поле, при­ мерно в 25 раз больше вычисленного. Поэтому можно предполо­ жить, что в среднем размер капли в момент грибообразного раз­ рушения в 5 раз больше, чем эффективный радиус капли. Этот результат согласуется с данными опытов Гохшвендера (см. в [394]), В. И. Арабаджи [7], Метьюса и Мейсона [436], Котона и Гокхейля

240

[272] и др., которые показали, что в момент грибообразного разру­ шения капли увеличивают свои размеры по сравнению с эффектив­ ными в несколько раз. Кроме того, можно полагать, что в момент разрушения капля принимает форму эллипсоида, вытянутого в вер­ тикальном направлении, что также должно привести к увеличению индуцированного заряда. Согласно Нолану [460], за счет баллоэлектрического эффекта при интенсивном разрушении одной капли

образуется заряд 3 • ІО' 12 Кл, который,

следовательно, на

два по­

рядка меньше заряда,

образующегося

при разрушении

капли

в поле напряженностью

5 - 104 В/м.

 

 

Как было показано в разделе 3.1.7, баллоэлектрический эффект сильно зависит от содержания солей и для больших концентраций равен нулю. Для того чтобы проверить, какое влияние могут ока­ зать примеси на электризацию при разрушении капель в электриче­ ском поле, Мучник [119] провел исследование с раствором 25 г NaCl в 2 л воды, т. е. с раствором большой концентрации, и с дистил­ лированной водой, выдержанной в закупоренной бутылке в течение двух недель и представляющей собой слабый раствор солей. Было получено, как и следовало ожидать, что использование сильных и слабых растворов взамен питьевой и дистиллированной воды не приводит к какому-либо изменению интенсивности электризации.

В. М. Мучник [124] исследовал образование ионов при разру­ шении капель в электрическом поле. Предполагалось, что как лег­ кие, так и тяжелые ионы несут один элементарный заряд. Было получено, что число легких ионов, образующихся при интенсивном разрушении одной капли радиусом 2,9 мм в поле напряженностью 1,7-ІО4 В/м, имеет порядок ІО5, а их суммарный заряд равен ІО-14— ІО-15 Кл, тогда как количество тяжелых ионов достигает ІО9, что соответствует суммарному заряду около 3,3 • 10-10 Кл. При учете тяжелых ионов, образующихся за счет баллоэлектрического эф­ фекта без электрического поля, оказалось, что их заряд при напря­ женности поля 1,7 • ІО4 В/м равен 3 • 10-10 Кл. Если считать, что нет существенных потерь зарядов при измерениях, то суммарный заряд тяжелых ионов должен быть равен и противоположен по знаку суммарному заряду крупных фрагментов. Этот заряд можно опре­ делить по графику рис. 66. Он оказался равным 2,3-10~1 0 Кл. Принимая во внимание приближенный способ измерения коли­ чества тяжелых ионов, следует считать согласие между этими дан­ ными достаточно хорошим.

В опытах, проведенных Мучником [119], была показана сильная зависимость величины заряда от интенсивности разрушения капли.

Для того чтобы обнаружить влияние интенсивности разрушения

на образование тяжелых

ионов,

Мучник [124]

выполнил

опыты

с отдельными каплями в поле напряженностью

1,35* ІО5 В/м. При

слабом разрушении одной

капли

образуется

в среднем

заряд

1,2- 10-10 Кл, тогда как при сильном разрушении возникает заряд 2 • ІО-9 Кл, т. е. почти в 20 раз больший. Эта величина значительно превышает значение, полученное ранее Мучником [119], и ее сле­ дует считать более точной. Действительно, если для напряженности

16 Заказ № 584

241

поля 1,35-ІО5 В/м

определить

заряд по графику

рис. 66, то он

окажется равным

1,7-ІО-9 Кл,

что

находится в

хорошем согла­

сии с приведенным

выше значением.

Согласно (79)

должна сущест­

вовать пропорциональность между суммарным зарядом, тяжелых ионов, образующихся при разрушении капель в электрическом поле, и напряженностью поля. Такая зависимость в пределах точности эксперимента была получена для напряженности поля от 1,2 • ІО'1

до 17,3- ІО4 В/м.

Исследования электризации при разрушении капель в электри­ ческом поле выполнили Магоно и Коэиума [414], Метьюс и Мей­ сон [436].

Магоно и Коэнума [414] исследовали электризацию при разру­ шении капель питьевой воды диаметром 6,2 мм в горизонтальном электрическом поле напряженностью 2 • ІО3 В/м. Каждая капля разрушалась в вертикальной воздушной струе примерно на 10 ка­ пелек; заряд одной из них измерялся. Было обнаружено, что неза­ висимо от направления поля на капельках образуются заряды обоих знаков, но с преобладанием одного из них. Предположив, что измеренный заряд на капельке составляет Vs общего заряда, образующегося на капле при ее разрушении, с учетом заряда бал­ лоэлектрического эффекта, Магоно и Коэнума получили средние заряды равными —7 • ІО-12 и 2 • ІО-12 Кл. Заметим, что при боль­ шом числе опытов они должны были получить одинаковые заряды обоих знаков, так как условия разрушения капель были симмет­ ричными по отношению к.электрическому полю. Необходимо учи­ тывать, что в горизонтальном поле заряды разных знаков образу­ ются на частицах примерно одинаковых размеров, потому что их разделение в гравитационном поле не будет систематическим. Так как в рассмотренных опытах происходило интенсивное разрушение капель, сопоставим эти результаты с результатами В. М. Мучника [123] для вертикального поля. На основании экстраполяции графика

рис.

66 для £ о = 2 ’ ІО3 В/м средний заряд равен 2,6- ІО-11 Кл, т. е.

в 4

раза больше заряда, полученного Магоно и Коэнума.

Метьюс и Мейсон [436] исследовали электризацию при разру­ шении капель в вертикальном электрическом поле. Капли с началь­ ным эквивалентным диаметром 1,5 см падали в спокойном воздухе с высоты 12 м, принимая при разрушении грибообразную форму, причем диаметр «гриба» превышал 2 см. Измерялись заряды и объем фрагментов. Все опыты проводились с дистиллированной во­ дой, за исключением одного, когда использовалась питьевая вода. Авторы установили, что водяная пленка в момент разрушения капли имеет толщину около 10 мкм. Они получили, что до 1,1— 1,2 см3 увеличение объема фрагментов капель сопровождается уве­ личением их зарядов. При перемене направления поля происходило соответствующее изменение знаков зарядов на фрагментах, но не все фрагменты имели заряды одинакового знака. Это означает, что, кроме основных фрагментов, образующихся из нижней тороидаль­ ной части капли, получаются сравнительно крупные фрагменты из верхней части капли. По данным о зарядах на фрагментах авторы

242

вычислили среднюю плотность зарядов на каплях: ІО-4,

5,3 •

10~4 и

18,2 • ІО-4 Кл/м3 соответственно для напряженностей

поля

З-Ю 3,

3- ІО4 и 1,5- ІО5 В/м.

 

 

3.2.6.Коронный разряд на каплях и ледяных частицах как причина электризации гидрометеоров

Всильных электрических полях грозовых облаков возможно образование коронного разряда на гидрометеорах, как жидких, так

итвердых. В результате может возникнуть целый ряд процессов, весьма существенных для образования и разделения зарядов в гро­ зовых облаках. Так, потоки электронов и ионов при коронном раз­

ряде являются источником высоких концентраций легких ионов в воздухе. В случае одностороннего коронного разряда должно про­ исходить интенсивное заряжение гидрометеоров. Поэтому сущест­ венно рассмотреть, какие элементарные процессы могут привести

квозникновению коронного разряда в грозовых облаках.

Вэлектрическом поле сферическая капля преобразуется в эл­ липсоид, причем тем более вытянутый, чем больше напряженность поля. Кроме того, в сильных полях на полюсах эллипсоида образу­ ются заострения.

При определенном вытягивании капли и малом радиусе кри­ визны на концах каплиполе оказывается достаточным для возник­ новения коронного разряда, особенно при уменьшении давления. При сближении двух крупных капель в электрическом поле созда­ ются условия, которые облегчают возникновение коронного раз­ ряда на концах этих капель.

В случае ледяных гидрометеоров сферической формы также можно ожидать возникновения коронного разряда, но при более высоких значениях напряженности электрического поля из-за отсут­ ствия искривления поверхности под действием сил поля. Однако твердые гидрометеоры сферической формы редко имеют идеально гладкую поверхность; как правило, на них появляются всякого рода выпуклости, рога и т. п. Для твердых гидрометеоров продол­ говатой или пластинчатой формы существуют благоприятные усло­ вия для возникновения коронного разряда в электрическом поле, особенно если отношение осей велико и длинная ось имеет то же направление, что и электрическое поле. Весьма легко должен возни­ кать коронный разряд с концов пары гидрометеоров продолговатой формы, когда они сближаются своими концами и составляют одну линию с направлением электрического поля. В этом случае корон­ ный разряд будет происходить не только с внешних концов гидро­ метеоров, но и в промежутке между ними.

При сближении гидрометеоров сферической и продолговатой формы, когда последние имеют направление, совпадающее с на­ правлением электрического поля, создаются благоприятные условия для возникновения коронного разряда с продолговатого гидроме­ теора на сферический и в воздух. Если сферический гидрометеор

16*

243

жидкий, возможно достижение критической напряженности на по­ верхности капли, достаточной для локального искривления и раз­ рушения поверхности, что облегчает возникновение коронного раз­ ряда.

При коронном разряде существуют благоприятные условия для разделения зарядов на гидрометеор ахНо если этот процесс не сопровождается макроразделением зарядов в гравитационном поле, то он может только способствовать уменьшению напряженности электрического поля, а не созданию заряженных областей в грозо­ вых облаках. Поэтому особый интерес представляют все те случаи, когда при возникновении коронного разряда происходит заряжа­ ние гпдрометеоров, имеющих разную скорость падения, или когда происходит разделение зарядов между гидрометеорами и воздухом. По-видимому, с этих позиций разделение зарядов между гидроме­ теорами, например каплями или ледяными частицами почти рав­ ных размеров, представляет мало интереса. Наоборот, во всех слу­ чаях, когда происходит односторонний коронный разряд и разделе­ ние зарядов осуществляется между гидрометеорами и воздухом, надо ожидать макроразделения зарядов. Кроме того, при сближе­ нии капель или ледяных частиц разных размеров можно также ожидать макроразделения зарядов за счет коронного разряда. Таким образом, в грозовых облаках может осуществляться ряд процессов, при которых возникает коронный разряд, имеющий большое значение для развития грозовых явлений. Однако эти про­ цессы являются одними из наименее исследованных.

Зелени [590, 591] первым установил, что при приложении доста­ точно высокого потенциала к искривленной поверхности капли воды, выжимаемой из капилляра, происходит образование корон­ ного разряда. При давлениях воздуха, близких к нормальному, искривление поверхности под действием электрических сил вызы­ вает ее разрушение и выбрасывание из нее тонкой струйки воды. Это приводит, с одной стороны, к увеличению отношения длины «жидкого» острия (длина капилляра плюс длина капли, вы­ тянутой в направлении электрических сил) к диаметру капилляра, а с другой — к значительному уменьшению радиуса кривизны на конце струйки перед ее разрушением на капельки. Оба эти обсто­ ятельства вызывают значительное понижение критического потен­ циала зажигания коронного разряда. Из опытов Зелени нельзя определить, возможен ли коронный разряд без разрушения поверх­ ности «жидкого» острия или он при нормальном давлении является только сопутствующим явлением. Зелени пришел к выводу, что ток, который течет с острия, в основном вызван зарядами, уносимыми капельками, а не током коронного разряда.

Из опытов Инглиша [292] с «жидким» острием следует, что при пониженном давлении, около 670 мб, при положительном потен­ циале возникает коронный разряд, который не сопровождается об­ разованием струйки капелек. При понижении давления до 270 мб происходит пропорциональное, довольно значительное понижение потенциала зажигания положительного коронного разряда, тогда

244

как отрицательный коронный разряд начинается только в резуль­ тате образования струйки при практически не зависящем от дав­ ления потенциале. Таким образом, обнаруживается значительное различие в образовании коронного разряда в зависимости от знака потенциала. Хотя эксперименты Зелени и Инглиша позволяют по­ лучить представление о некоторых существенных особенностях ко­ ронного разряда с поверхности воды, их результаты нельзя прило­ жить непосредственно к каплям, свободно падающим в электриче­ ском поле.

Уже Нолан [461] отмечал, что при разрушении свободно падаю­ щих капель в горизонтальном электрическом поле наблюдается свечение коронного разряда. Такой же эффект был обнаружен Вильсоном, как сообщает Мекки [411]. Значительно больше под­ робностей было получено Мекки [411], который исследовал тихий разряд при разрушении капель в электрическом поле, в частности, в связи с возможным влиянием разряда на образование ионов в грозовых облаках. Он обнаружил, что при нормальном атмосфер­ ном давлении при достижении критической напряженности поля на обоих концах капли образуются нити и возникает коронный или искровой разряд. Мекки отмечает, что в положительном вертикаль­ ном поле для капель, радиус которых больше 1,1 мм, существует различие между критическими напряженностями образования ко­ ронного и искрового разрядов. Для капель радиусом меньше 1,1 мм это различие не обнаружилось, так как во всех случаях разруше­ ние капель сопровождалось искровым разрядом. Необходимо, однако, учитывать, что возникновение того или иного типа разряда зависит от расстояния между электродами конденсатора, создаю­ щего поле; в опытах Мекки это расстояние составляло около 8 см. При больших расстояниях между электродами искровой разряд мо­ жет и не возникнуть, и тогда обнаружится только коронный раз­ ряд. С повышением напряженности поля свечение усиливается, что указывает на усиление тока коронного разряда. Наиболее интен­ сивное развитие корона получает на положительном полюсе капли. В горизонтальном электрическом поле также наблюдается образо­ вание коронного разряда с более интенсивным свечением на поло­ жительном полюсе капли. Мекки не обнаружил какой-либо зави­ симости критической напряженности зажигания коронного разряда от давления воздуха, по крайней мере до 350 мб. С понижением давления воздуха обнаруживается только увеличение интенсив­ ности свечения разряда. Таким образом, между результатами экс­ периментов Мекки [411] и Инглиша [292] существует заметное раз­ личие, которое, по-видимому, определяется различиями в условиях экспериментов.

Для установления причины возникновения коронного разряда Мекки поместил в поле между электродами металлический шарик диаметром 6 мм. Для возникновения разряда потребовалась напря­ женность поля 1,9 • ІО6 В/м, но разряд был только искровым. Затем Мекки моделировал каплю металлическим телом, состоящим из двух конусов, соединенных основаниями. Диаметр в основании

245

4 мм, длина тела 15 мм. При помещении этого тела в поле таким образом, чтобы его длинная ось была направлена вдоль линий поля, наблюдался коронный разряд с более интенсивным свечением на положительном конце, т. е. было получено качественное воспро­ изведение коронного разряда с капли.

Мекки предпринял попытку определить ток коронирования в за­ висимости от напряженности электрического поля. Он получил, что ток разряда зависит от превышения напряженности поля над кри­ тической. В частности, для капли радиусом 1,56 мм при напряжен­ ности поля ІО6 В/м, превышающей критическую на 2 • ІО4 В/м, ток коронирования оказался приближенно равным 2- ІО-5 А. Но Мекки не исследовал, какие заряды переносятся капельками при разру­ шении водяной нити, а какие — токами разряда.

При сближении двух капель в электрическом поле в проме­ жутке между ними происходит локальное искажение поверхности, тем более интенсивное, чем больше напряженность. Согласно [47], степень искажения поверхности приблизительно пропорциональна второй степени напряженности поля. Поэтому можно ожидать, что при сближении капель еще до момента их соприкосновения проис­ ходит разряд. Как показал В. А. Дячук [43], для капель радиусом около 1 мм в поле напряженностью (З-г-5) • ІО5 В/м примерно за 2 - ІО-4 с до слияния расстояние между вершинами конусов в про­ межутке между каплями составляет около 0,1 мм. Для грубой оценки примем, что разряд начинается при расстоянии между вер­ шинами конусов 0,05 мм и продолжительностью его ІО-4 с. Так как электропроводность воды достаточно велика, это время значительно больше времени релаксации, и разделение зарядов произойдет еще до момента соприкосновения вершин конусов.

Согласно (84),

при контакте двух капель радиусом 1 мм в поле

напряженностью

3 • 105 В/м происходит разделение заряда

5,4-ІО-11 Кл. Если предположить, как это делает Н. С. Шишкин [203], что только малая часть этого заряда попадает в воздух, то и тогда при одном акте контакта между каплями в воздух поступит большое количество ионов. Очевидно, существует необходимость в экспериментальном подтверждении предположения, высказанного Шишкиным.

При соударении двух капель в сильных электрических полях, особенно если линия, соединяющая их центры, оказывается парал­ лельной направлению электрического поля, создаются благоприят­ ные условия для возникновения коронного разряда с их концов. После осуществления электрического контакта силы, притягиваю­ щие капли друг к другу и проявляющиеся в основном в зазоре между ними, исчезают, и пару капель следует рассматривать как одно тело. Силы, действующие на полюсах пары капель, можно приближенно вычислить, заменяя капли одним эллипсоидом враще­ ния с длинной полуосью, равной 2г, и короткой полуосью, равной г. На полюсах такой пары капель должна возникнуть максимальная напряженность поля, примерно на 30% большая, чем на полюсах одинарной капли (см. табл. 45). Вследствие этого неустойчивость

246

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ